[发明专利]电控全息天线高频液晶辐射面子阵的制备方法

说明书

本发明公开的一种电控全息天线高频液晶辐射面子阵制备方法，线宽精度高、制造成本低，本发明通过下述技术方案实现：在制备电控全息天线高频液晶辐射面子阵中，在玻璃基片上的中部制出两排平行线阵上电极板微细孔，在上、下电极板上制作辐射面子阵的电路图形，在上电极板上表面制出两条平行线阵孔，在其金属层刻出平行排列的工字型金属图形，在其下表面刻出对应上表面平行线阵孔的矩形条金属图形；在下电极板正面的金属层上，制出与线阵射频孔对应的线阵排列焊盘，以线阵射频孔为起始点，通过相连的微带线连接指状阵列电极；先组装下电极板、与玻璃框架，再在玻璃框架内注入液晶填充材料，组装上电极板，形成电控全息天线高频液晶辐射面子阵。

技术领域

本发明涉及全息天线技术领域，具体涉及一种基于薄膜技术应用于电控全息天线的高频液晶辐射面子阵的制备方法。

背景技术

相控阵天线相比于机械扫描天线,具有扫描速度快、通信链路建立时间短以及可实现多目标跟踪等诸多优势。然而相控阵天线中存在大量的发射/接收组件（T/R组件），使得相控阵天线的制造成本相当高昂、体积也相对较大，难以满足第五代移动通信系统、低轨道卫星通信系统等现代民用通信系统对天线低成本和低剖面的应用要求。近年来，液晶全息电控扫描天线作为相控阵天线的低成本替代技术在国内外备受关注。作为一项全新的电控扫描天线技术，液晶全息电控扫描天线通过全息天线技术与液晶电控技术的结合，在毫米波频段具有低剖面、低成本的优点，其工作原理、调控方式都与传统天线存在明显差异。全息技术是利用波的干涉和衍射原理记录物体振幅和相位信息，并重现物体三维图像的技术。全息天线是全息技术在射频通信领域的一种应用，该天线通过记录并恢复参考波与目标辐射波的干涉场，获得所需的目标辐射波。全息天线通常由源天线和全息结构两部分组成，源天线用于产生与目标辐射波相干涉的参考波，而全息结构用于记录干涉场分布。在全息天线工作过程中，首先令参考波和目标辐射波在介质平面上形成干涉场，再利用全息结构记录干涉场分布，最后利用参考波激励记录有干涉场分布的全息结构，恢复出目标辐射波。传统全息天线通过印制电路板技术加工，馈源和全息结构放置在同一平面上，实现天线的低剖面，相对于反射面天线来说，具有显著优势，但是其波束指向通常为固定指向，需结合伺服机构来满足机动平台的使用需求，其剖面高度、重量、可靠性受到了一定的限制。

液晶是处于固相和液相之间的中介相，既具有液体的流动性也具有晶体的各向异性等特征。液晶具有很多独特的物理特性，包括介电的各向异性、双折射率以及液晶分子对电场和磁场具有介电可调谐的特性。液晶材料作为一种新型可调谐材料，除了应用于显示领域展现出优异的光电特性外，还被用来制成液晶移相器、液晶可重构天线、液晶滤波器等一系列液晶微波器件，而这些应用都与液晶材料的介电特性密切相关。液晶作为一种电调各向异性媒质，在微波毫米波频段具有良好的线性调谐特性。相较于其它可重构技术，基于液晶调谐理论的液晶可重构技术具有易集成、成本低的优势，能够解决传统可重构技术在高频的非线性、高损耗、设计难度大等问题。近年来，为了扩大波束扫描范围并实现电控二维波束扫描，一种液晶电控全息天线被提出用于实现天线的波束控制及动态调控，它采用周期或非周期形式的布阵，通过调制天线口面的辐射场，实现天线目标方向图的综合。这种方法可以省掉机扫全息天线的机械转动模块，实现天线的波束扫描、动态波束赋形、极化切换等一系列功能。相比传统全息天线技术，液晶电控全息天线在体积、重量、功耗、成本方面具有跨世代的技术优势，有着广阔的发展前景和应用潜力。

在全息天线的设计过程中，首先需要确定不同波束指向所对应的全息图案，再根据不同的全息图案构建特定的全息结构。为了实现全息图案的精确记录以获得具有特定波束指向的电磁波束，全息结构需要具备能按照一定规律对源天线的辐射特性进行有效控制的能力。全息结构在设计时期望能对源天线的辐射特性进行精确控制以获得理想的电磁波束，因此为了实现对天线辐射特性（如口径场等）的精准调控，液晶辐射面子阵的指状阵列电极、微带线、传输孔的形状和位置精度均需达到≤3μm的精度要求。而传统的厚膜印刷技术目前只能达到50μm的极限精度，难以满足上述的设计精度要求，造成了毫米波液晶电控全息天线辐射面子阵可设计难制造的技术瓶颈问题。